Патент на изобретение №2334270

(54) ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАШИНАМИ, СНАБЖЕННЫМИ ТАКИМИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления различных исполнительных механизмов. Техническим результатом является обеспечение автоматического кодирования, как при первой, так и при любой последующей установке исполнительного элемента на машину. Исполнительный элемент с электрическим управлением установлен на машине посредством фланцевого соединения, состоящего из крепежного фланца (4) и фланца (2) машины, который управляется вспомогательным электрическим устройством (6) управления. Крепежный фланец (4) снабжен множеством электрических выключателей (7.1-7.8) и (8.1-8.8), расположенных по заданному геометрическому рисунку. Каждый выключатель включен в электрическую цепь, соединенную со вспомогательным устройством управления. Фланец (2) машины снабжен замыкающими элементами, выполненными в виде постоянных магнитов (ПМ) с сильной фокусировкой магнитного поля, выполненных таким образом, что каждый ПМ является центральным магнитным сердечником и окружен магнитоизолирующим слоем и чашеобразным элементом из немагнитопроводного материала. ПМ расположены в нескольких точках разметки указанного геометрического рисунка в характерном для соответствующей машины и присвоенном ей геометрическом порядке. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к исполнительному элементу с электрическим управлением, установленному на машине посредством фланцевого соединения и имеющему вспомогательное электрическое устройство управления, а также к системе управления множеством машин, снабженных такими исполнительными элементами.

К подобным исполнительным элементам с электрическим управлением принято относить, например, гидравлические, электрогидравлические или пневматические клапаны, электромагниты или исполнительные механизмы. В качестве примеров машин, управляемых клапанами, можно привести, например, силовые цилиндры или двигатели. Под вспомогательным устройством управления понимается, например, устройство или блок управления, относящееся к машине и подчиненное центральному устройству управления, в частности, таким вспомогательным устройством управления в случае клапанов с электромагнитным управлением является устройство управления электромагнитом.

Исполнительные элементы, аналогичные предложенному, известны из ЕР 1229451 А1. Согласно ЕР 1229451 А1 на монтажной площадке периферийного устройства (исполнительного элемента) создается физический адрес, задаваемый набором штырей, расположенных по определенному рисунку. Расположение штырей представляет собой адресный код конкретной монтажной площадки. С помощью соединительного элемента с несколькими электрическими проводниками в гибком шлейфе периферийное устройство присоединяется по этому физическому адресу, при этом проводники, оказавшиеся в местах расположения штырей, разрываются. На основе комбинации целых и разорванных проводников можно считывать адрес установленного устройства.

Недостатком известного из ЕР 1229451 А1 технического решения является то, что предусмотренная им механическая адресация монтажной площадки допускает для каждого периферийного устройства лишь однократное применение и не работает в случае временного демонтажа периферийного устройства, например, для его текущего или капитального ремонта, или чистки, или его замены на устройство, бывшее в употреблении или прошедшее ремонт.

В горном деле при креплении лавы исполнительные элементы такого рода часто применяются в большом количестве для управления соответствующим количеством машин, например несколькими одинаковыми гидравлическими цилиндрами каждой из множества одинаковых секций механизированной крепи, с помощью которых эти секции приводятся в действие для выполнения их функций, в частности разгрузки, перемещения, установки и закрепления крепи.

В тех случаях, когда требуется приводить в действие несколько машин, в особенности несколько одинаковых машин с различными функциями, всегда необходим не только подвод большого количества энергии, а также, например, прокладка большого количества шлангов, но прокладка множества электрических проводов для подачи команд на отдельные машины, например силовые цилиндры. В результате во всех областях применения таких устройств возникают трудности и – в особенности в горном деле – проблемы безопасности. Это относится, в частности, к тем случаям, когда предусмотрена автоматизация технологического процесса и, следовательно, наряду с функциональными командами должны выдаваться также контрольные команды. По этой причине вспомогательные электрические устройства управления, установленные на каждом исполнительном элементе, например на каждом клапане, и в этом случае состоящие, по меньшей мере, из одного электромагнита, целесообразно соединять с центральным устройством управления последовательно, т.е. общим кабелем. Однако это предполагает, что отдельные функциональные и/или контрольные команды всегда должны передаваться с кодом, распознаваемым запрашиваемым вспомогательным устройством управления, в результате чего срабатывает лишь то вспомогательное устройство управления, в котором хранится код, совпадающий с переданным. Это означает, что после механической установки исполнительного элемента, например клапана, на определенной машине в память соответствующего вспомогательного устройства управления должен быть заложен и сохранен определенный код, а в памяти центрального устройства управления сохраняются коды всех клапанов таким образом, чтобы функциональные и/или контрольные команды, выдаваемые тому или иному клапану, передавались последовательно и лишь с присвоенным этому клапану кодом. Следовательно, для этого как отдельные вспомогательные устройства управления, так и центральное устройство управления должны быть соответствующим образом запрограммированы, что может быть выполнено лишь специалистами, и для сложных установок с множеством машин и функций требует очень много времени, умения и осмотрительности.

Хотя применение известного из ЕР 1229451 А1 исполнительного элемента и позволяет обходиться как минимум без одной из рассмотренных выше операций и тем самым обеспечить повышенную надежность первой установки исполнительных элементов, например клапанов, на соответствующие им машины, а также соотнесение их вспомогательных устройств управления с центральным устройством управления, при установке исполнительных элементов их проводники разрываются штырями монтажной площадки соответственно заданному коду, что в дальнейшем исключает автоматическое кодирование.

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы сделать указанные выше преимущества достижимыми также при временном снятии либо перестановке исполнительных элементов с одной машины на другую.

Для решения этой задачи предлагается исполнительный элемент с электрическим управлением, установленный на машине посредством фланцевого соединения, состоящего из крепежного фланца и фланца машины, и имеющий вспомогательное электрическое устройство управления. В крепежный фланец вмонтировано множество расположенных по заданному геометрическому рисунку электрических выключателей, каждый из которых включен в электрическую цепь, соединенную со вспомогательным устройством управления. Фланец машины снабжен замыкающими элементами, расположенными в нескольких точках разметки указанного геометрического рисунка в характерном для соответствующей машины и присвоенном ей геометрическом порядке таким образом, чтобы при собранном фланцевом соединении этими замыкающими элементами могли приводиться в действие выключатели, расположенные в соответствующих точках разметки. Решение вышеупомянутой задачи достигается тем, что выключатели представляют собой язычковые магнитоуправляемые контакты (герконы), а замыкающие элементы – постоянные магниты, в частности, с сильной фокусировкой магнитного поля, выполненные таким образом, что каждый постоянный магнит является центральным магнитным сердечником и окружен магнитоизолирующим слоем и чашеобразным элементом из немагнитопроводного материала.

Технический результат изобретения – обеспечение автоматического кодирования предлагаемого в изобретении исполнительного элемента как при первой, так и при любой последующей установке исполнительного элемента на машину. При этом используемые в качестве замыкающих элементов постоянные магниты обладают сильной направленностью магнитного поля, что позволяет исключить рассеяние магнитного поля в сторону и гарантировать взаимнооднозначное соответствие замыкающих элементов и заданных точек разметки геометрического рисунка.

Другим объектом изобретения является система управления множеством машин, каждая из которых снабжена предлагаемым в изобретении исполнительным элементом, в частности клапаном. Предлагаемая в изобретении система управления содержит центральное устройство управления, последовательно соединенное со вспомогательными устройствами управления, связанными с соответствующими исполнительными элементами, причем геометрический порядок расположения точек разметки или созданный на его основе код соответствующего исполнительного элемента передается в центральное устройство управления и сохраняется в его памяти. Центральное устройство управления выполнено с возможностью рассылки управляющих команд с порядком расположения точек разметки и/или созданным на его основе кодом запрашиваемого исполнительного элемента последовательно во все вспомогательные устройства управления, причем управляющие команды на приведение в действие соответствующего исполнительного элемента выполняются лишь тем вспомогательным устройством управления, которое имеет переданный ему порядок расположения точек разметки, или в памяти которого хранится созданный на основе этого порядка расположения код.

Очевидно, что распределение выключателей и замыкающих элементов на крепежном фланце и фланце машины может быть и противоположным, если это представляется целесообразным для взаимной привязки клапана и машины. Все без исключения электрические цепи постоянно подключены к источнику напряжения, например находятся под напряжением источника управляющего тока.

С применением такого решения во вспомогательном устройстве управления каждого исполнительного элемента в результате замыкания некоторых геометрически зафиксированных и охарактеризованных выключателей присутствует характерный для исполнительного элемента, например клапана, сигнал, который присвоен в качестве ключа или кода соответствующему исполнительному элементу и который может сравниваться с каждым поступающим сигналом. Для того чтобы вспомогательное устройство управления определенного исполнительного элемента приступило к выполнению функциональной или контрольной команды, необходимо ввести с командой присвоенный данному исполнительному элементу код. Это позволяет исключить неправильные операции управления.

При расположении замыкающего элемента в определенной точке разметки (точке проекции геометрического рисунка) на геометрическом рисунке должно быть задано столько точек разметки, чтобы их было достаточно для описания каждого из клапанов. Благодаря тому, что в заданном геометрическом рисунке с множеством точек разметки каждый раз занимаются две или более точек разметки, располагаемое число возможных вариантов выбора точек разметки, можно увеличить до суммы чисел потенциальных точек разметки. Так, например, если в крепежном фланце исполнительного элемента расположено 8 выключателей на язычковых магнитоуправляемых контактах, а во фланце машины магнитами заняты две точки разметки, то можно получить 28 различных комбинаций, которые могут быть выражены, например, в виде чисел.

Однако в предпочтительном варианте изобретения предусматривается деление геометрического рисунка на два или более подрисунка, на каждом из которых независимо от другого подрисунка имеется одна или несколько точек разметки. В этом случае при занятии каждого подрисунка точкой разметки число описываемых клапанов будет равно произведению потенциальных точек разметки каждого подрисунка. Таким образом, если, например, в каждом из подрисунков крепежного фланца располагается 8 выключателей на язычковых магнитоуправляемых контактах, а в каждом подрисунке магнитами занимается одна точка разметки, то можно получить 64 различных комбинаций, которые можно выразить, например, в виде чисел.

В следующем варианте изобретения (этот вариант выгоден особенно в том случае, когда на такие машины, как гидравлические агрегаты, выполнение определенной функции возлагается лишь впоследствии) предусматривается, что во фланце машины расположена одна, а предпочтительно – две подложки, в которых размещено по одному магниту. Такие подложки можно переставлять относительно фланца таким образом, чтобы размещать магниты в выбираемых точках разметки заданного геометрического рисунка. В результате код подобного монтируемого исполнительного управления, например клапана, можно установить впоследствии. Подложки предпочтительно выполнять в виде поворотных дисков, расположенных в плоскостях, находящихся вблизи плоскости фланцевого соединения и параллельно ей, причем положение диска по углу поворота, как правило, может фиксироваться стопором в различных положениях, соответствующих определенному месту геометрического рисунка. Само собой разумеется, что в этом случае язычковые магнитоуправляемые контакты также расположены в крепежном фланце на круге, соответствующем поворотному кругу магнитов. Вообще следует добавить, что геометрический рисунок для расположения выключателей может быть любым; например, речь может идти о линии или о замкнутой окружности с заданным делением. На чертеже схематически представлено фланцевое соединение для машины и исполнительного элемента. В качестве машины изображен цилиндр 1, содержащий фланец 2 машины. К этому фланцу может быть присоединен в качестве исполнительного элемента гидравлический клапан 3 с электромагнитным управлением, имеющий крепежный фланец 4. Следует упомянуть, что оба фланца изображены лежащими в плоскости чертежа, однако при собранном фланцевом соединении они прилегают друг к другу. Магнит 5 клапана 3 управляется вспомогательным устройством 6 управления, которое, в свою очередь, управляется не показанным на чертеже центральным устройством управления. В крепежный фланец вмонтированы выключатели 7.1-7.8 и 8.1-8.8, а именно по 8 штук на каждой из окружностей 9 и 10. Выключатели расположены близко к соединительной плоскости фланца 4. Каждый из выключателей 7 и 8 включен в электрическую цепь, соединенную со вспомогательным устройством управления. Когда один из выключателей 7.1-7.8 и 8.1-8.8 замкнут, во вспомогательном устройстве управления регистрируется ток соответствующей электрической цепи. Все возможные комбинации электрических цепей с выключателями 7.1-7.8 и 8.1-8.8 хранятся в памяти 11. При выполнении операции сравнения производится сравнение этих комбинаций с конкретной комбинацией замкнутых выключателей и вызов совпадающей комбинации. Для каждой из комбинаций в память закладывается определенное кодовое слово. Активируется то кодовое слово, комбинация которого вызывается. Если вспомогательное устройство управления должно выполнить определенную функциональную команду или контрольную команду, в него необходимо ввести это кодовое слово. Кодовое слово может быть заложено, например, в память центрального устройства управления и автоматически передаваться этим устройством в том случае, если через центральное управляющее устройство вводится команда для вспомогательного устройства управления, соответственно для относящегося к нему клапана.

В соединительной плоскости фланца машины 2 в качестве подложек 12 и 13 размещены два диска, которые в собранном состоянии установлены с возможностью вращения, располагаясь концентрично окружностям соответственно 9 и 10 крепежного фланца 4, но фиксируются в одном из восьми положений соответственно 17.1-17.8 и 18.1-18.8 при помощи фиксаторов. На каждом из дисков по окружностям, которые в собранном состоянии конгруэнтны окружностям соответственно 9 и 10 крепежного фланца 4, размещено по одному замыкающему элементу таким образом, чтобы этот элемент, находясь в одном из фиксированных положений, в собранном состоянии взаимодействовал с одним из выключателей соответственно 7.1-7.8 и 8.1-8.8 и замыкал соответствующую электрическую цепь.

Таким образом, с использованием изобретения, например, в лаве все цилиндры каркаса крепи и относящиеся к ним клапаны могут иметь одинаковую конструкцию, а все соответствующие устройства управления – одинаково запрограммированы. При монтаже цилиндра с помощью дисков 12 и 13 устанавливается определенный порядок расположения замыкающих элементов. Этот порядок, т.е. комбинация положений, является характерным параметром для положения и работы соответствующего цилиндра в каркасе крепи. При установке клапана происходит замыкание характерной комбинации выключателей соответственно 7.1-7.8 и 8.1-8.8 и в результате во вспомогательном устройстве управления за клапаном закрепляется определенное кодовое слово. Это кодовое слово закреплено за этим клапаном, соответственно цилиндром, и в центральном устройстве управления. Таким образом, когда впоследствии из центрального устройства управления на этот цилиндр должна быть выдана определенная команда, это кодовое слово автоматически вызывается и тем самым вводимая команда передается в относящееся к данному цилиндру вспомогательное устройство управления.

Формула изобретения

1. Исполнительный элемент с электрическим управлением, установленный на машине посредством фланцевого соединения, состоящего из крепежного фланца и фланца машины, и имеющий вспомогательное электрическое устройство управления, причем в крепежный фланец вмонтировано множество расположенных по заданному геометрическому рисунку электрических выключателей, каждый из которых включен в электрическую цепь, соединенную со вспомогательным устройством управления, а фланец машины снабжен замыкающими элементами, расположенными в нескольких точках разметки указанного геометрического рисунка в характерном для соответствующей машины и присвоенном ей геометрическом порядке таким образом, чтобы при собранном фланцевом соединении этими замыкающими элементами могли приводиться в действие выключатели, расположенные в соответствующих точках разметки, отличающийся тем, что выключатели представляют собой язычковые магнитоуправляемые контакты, а замыкающие элементы – постоянные магниты, в частности, с сильной фокусировкой магнитного поля, выполненные таким образом, что каждый постоянный магнит является центральным магнитным сердечником и окружен магнитоизолирующим слоем и чашеобразным элементом из немагнитопроводного материала.

2. Исполнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что при собранном фланцевом соединении выключатели, расположенные в соответствующих точках разметки, срабатывают от замыкающих элементов на включение.

3. Исполнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что при собранном фланцевом соединении выключатели, расположенные в соответствующих точках разметки, срабатывают от замыкающих элементов, воздействуя на ток в электрической цепи.

4. Исполнительный элемент по п.1, отличающийся тем, геометрический рисунок поделен на несколько подрисунков, а замыкающие элементы расположены в одной или нескольких точках каждого подрисунка.

5. Исполнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что вспомогательное устройство управления каждого потребителя снабжено памятью, в которой хранится характерный для соответствующей машины и присвоенный ей геометрический порядок расположения замыкающих элементов.

6. Система управления множеством машин, каждая из которых снабжена исполнительным элементом, в частности клапаном, по одному из пп.1-5, содержащая центральное устройство управления, последовательно соединенное со вспомогательными устройствами управления, связанными с соответствующими исполнительными элементами, причем геометрический порядок расположения точек разметки или созданный на его основе код соответствующего исполнительного элемента передается в центральное устройство управления и сохраняется в его памяти, а центральное устройство управления выполнено с возможностью рассылки управляющих команд с порядком расположения точек разметки и/или созданным на его основе кодом запрашиваемого исполнительного элемента последовательно во все вспомогательные устройства управления, причем управляющие команды на приведение в действие соответствующего исполнительного элемента выполняются лишь тем вспомогательным устройством управления, которое имеет переданный ему порядок расположения точек разметки, или в памяти которого хранится созданный на основе этого порядка код.

7. Система управления по п.6, отличающаяся тем, что для заданного геометрического рисунка все заданные варианты выбора расположения точек разметки сохранены в памяти центрального устройства управления, где каждый из них присвоен соответствующему исполнительному элементу.

РИСУНКИ